(57)【要約】【課題】  移動体に設置されたガス漏れ検出装置の消費電力を低減する。【解決手段】  本発明のガス漏れ検出装置（１０）は、移動体に設置され移動体における所定ガスのガス状態量を検出する水素センサ（３４）と、移動体が水素センサ（３４）によるガス状態量の検出制限を行う状態であるか否かを判定する判定手段（１１）と、判定手段（１１）によってガス状態量の検出制限を行う状態であると判定された場合に水素センサ（３４）の作動を制限する制限手段（１２）とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置され前記移動体における所定ガスのガス状態量を検出するガス検出器と、前記移動体が前記ガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段によってガス状態量の検出制限を行う状態であると判定された場合に前記ガス検出器の作動を制限する制限手段とを備える、ガス検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス状態量検出装置であって、前記判定手段は前記移動体の移動状態又は移動環境のうち少なくとも何れか一方に基づいてガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であるか否かを判定する、ガス検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス検出装置であって、前記ガス検出器は前記所定ガスのガス漏れを検出するガス漏れ検出手段である、ガス検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記制御手段は前記判定手段がガス状態量の検出を行う状態であると判定したときに前記ガス検出器に動作電力を供給する、ガス検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記制限手段は前記移動体の移動速度に応じて前記ガス検出器の作動を制限する、ガス検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記判定手段は前記所定ガスが所定値以上の濃度で排出されるときに前記ガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であると判定する、ガス検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記制御手段は前記判定手段によって前記ガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であると判定されたときに前記ガス検出器への動作電力の供給が所定時間継続して制限されるように制御する、ガス検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記ガス検出器はガス供給源、ガス配管、ガス消費源のうち少なくとも何れか一つの周囲に設置されている、ガス検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記所定のガスは可燃性ガスである、ガス検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のガス検出装置であって、前記可燃性ガスは水素ガスである、ガス検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のうち何れか１項に記載のガス検出装置であって、前記移動体は燃料電池システムを搭載した燃料電池車両である、ガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体に設置されたガス検出装置に関し、特に、ガス検出装置の消費電力を低減するための改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムをオンボード発電機として搭載する燃料電池車両においては、車両の安全性を確保するため、燃料電池システムの水素漏洩を検知する水素センサを車両に搭載している。水素センサは水素タンクや水素配管まわり等の水素が滞留し易い部位を選定して車両床下等に取り付けられている。特開２００３−１５７８７０号公報にはシステム停止時に水素センサによって検出された水素濃度が所定の閾値以下である場合に、燃料電池と駆動モータを接続する電気路上に設けられたリレーを開状態に切り替える電源システムが提案されている。水素濃度が十分に低濃度であることを確認してからリレーを閉状態から開状態に切り替えることにより、リレーの接点で発生した火花が水素ガスに着火することを抑制できる。
【特許文献１】特開２００３−１５７８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、車両床下等は車両走行時に走行風の影響を受け易い部位であるため、比重の軽い水素は気流の影響で速やかに拡散してしまう。水素センサが水素漏れ判定を行う基準となる水素濃度は停車時かつ無風での水素拡散による濃度分布を基に設定されているため、車両走行時に相当量の水素ガス漏洩が生じていても、水素漏洩判定を行うに足りる水素濃度まで上昇せず、水素漏れ判定が不能となる。水素センサは燃料電池システムの起動スイッチに連動して電源投入が行われているため、車両走行時のように水素漏れ判定が不能な状態においても水素センサに常時電源供給が行われていると、補機電力の消費量が無駄に多くなる。燃料電池車両の航続距離を延ばすには補機電力をできるだけ削減することが課題となっている。
【０００４】
また、燃料電池システムではシステム起動時又は停止時に高濃度の水素オフガスが排気されるため、高濃度の水素オフガスが排気される状態においても水素センサの電源を常時ＯＮにすると、誤判定を避けるためにガス漏れ判定を行う基準となる閾値濃度を高く設定なければならなくなり、ガス漏れ検出精度が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は上述の問題を解決し、移動体に設置されたガス検出装置の消費電力を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明のガス検出装置は、移動体に設置され移動体における所定ガスのガス状態量を検出するガス検出器と、移動体がガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であるか否かを判定する判定手段と、判定手段によってガス状態量の検出制限を行う状態であると判定された場合にガス検出器の作動を制限する制限手段とを備える。ここで、ガス検出器が検出するガス状態量には、ガス濃度、ガス量、二以上の成分ガスから成る混合ガスの各成分ガスの相対濃度などを挙げることができる。また、「ガス状態量の検出制限を行う状態」とは、ガス検出器によるガス状態量の検出を制限することが予め定められている車両状態をいう。例えば、移動体の移動速度が所定速度以下、移動体から排出される所定ガスの濃度が所定値以上などの車両状態の場合にガス状態量の検出を制限することができる。ガス検出器が移動体の走行風の影響を受け易い部位等に設置されている場合には、移動体の移動速度が速い程、ガス状態量の検出が困難になるので、移動体の移動速度に応じてガス状態量の検出制限を行うのが望ましい。また、ガス漏れ検出の対象となるガスが高濃度に排気される状態でもガス漏れ検出は可能であるが、このような状態でガス漏れ検出を行うと、誤判定を避けるためにガス漏れ判定を行う基準となる閾値濃度を高く設定なければならなくなり、ガス漏れ検出精度が低下してしまう。そこで、ガス漏れ検出の対象となるガスが高濃度に排気される状態ではガス漏れ判定を行わないように予め設定しておくことで、ガス漏れ判定を行う基準となる閾値濃度を低く設定することが可能となり、ガス漏れ検出精度を向上できる。
【０００７】
また、「ガス検出器の作動を制限する」とは、ガス検出器の機能を通常よりも低下させる場合と、その機能を停止させる場合の両者の意味を含む。例えば、ガス検出器への電源供給を遮断又は停止する場合、ガス漏れ検出器が低消費電力モード（スタンバイモード）で動作するように制御する場合、ガス検出器から他の機器へのセンサ信号出力を制限又は停止する場合などを含む。
【０００８】
判定手段は移動体の移動状態又は移動環境のうち少なくとも何れか一方に基づいてガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であるか否かを判定するように構成してもよい。移動体の移動状態とは、例えば、移動体の移動速度、移動加速度などをいう。移動環境とは、ガス状態量の検出に影響を与える走行環境をいい、例えば、風の強い場所や、ガス状態量を検出する上で好ましくない走行環境（例えば、大気汚染ガスが滞留し易いトンネル内、地下駐車場、工業地域、幹線道路、ビル街、工事現場付近）などをいう。
【０００９】
制御手段は判定手段がガス状態量の検出を行う状態であると判定したときにガス検出器に動作電力を供給するように構成するのがよい。かかる構成によりガス検出器の消費電力を低減できる。また、制限手段は移動体の移動速度に応じてガス検出器の作動を制限するのが望ましい。移動体の移動速度が速くなる程、段階的にガス検出器の作動を制限してもよく、移動速度が所定の閾値を越えた時点でガス検出器の作動を制限してもよい。
【００１０】
制御手段は判定手段によってガス検出器によるガス状態量の検出制限を行う状態であると判定されたときにガス検出器への動作電力の供給が所定時間継続して制限されるように制御するのが望ましい。これにより「ガス状態量の検出を行う状態」から「ガス状態量の検出を制限する状態」への状態遷移が微妙な場合にガス検出器への動作電力の供給と停止が繰り返し行われる不安定な状態を回避できる。
【００１１】
ガス検出器はガス供給源（例えば、ガスタンク）、ガス配管（例えば、ガスの供給通路、排出通路、循環通路）、ガス消費源（例えば、燃料電池、内燃機関など）のうち少なくとも何れか一つの周囲に設置するのが望ましい。また、ガス状態量の検出対象となるガスとしては、例えば、可燃性ガス（燃料ガス、水素ガス、改質ガスなど）が好適である。可燃性ガスの漏洩を検出することで移動体の安全を確保できる。燃料電池や改質器を搭載した燃料電池車両の場合、検出対象となるガスは水素ガスである。内燃機関を搭載した車両の場合、検出対象となるガスはガソリン等の気化ガスである。ガス燃料エンジン（水素、ＣＮＧ）を搭載した車両の場合、検出対象となるガスは天然ガス等の気体燃料ガスである。また、移動体としては、例えば、車両、自動二輪、自転車、電車などの陸上移動機関の他、船舶又は航空機などでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によればガス検出装置の低消費電力化を実現できる。また、ガス検出装置の検出精度の向上も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの主要構成を示している。燃料電池システム２０は、主に、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて電力を発電する燃料電池スタック２１と、燃料電池スタック２１のアノード極に燃料ガス（水素）を供給する燃料ガス供給装置２２と、燃料電池スタック２１のカソード極に酸化ガス（酸素）を供給する酸化ガス供給装置２３と、燃料電池スタック２１の出力電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ２６と、燃料電池スタック２１の運転状態を制御する制御部３０を備えて構成されている。燃料ガス供給装置２２としては、例えば、高圧水素タンク若しくは水素貯蔵タンク等の水素供給装置、又は原燃料（メタノール等）を改質して水素リッチガスを生成する改質器等から構成される。酸化ガス供給装置２３としては、例えば、加圧エアを生成するエアコンプレッサ等から構成される。
【００１４】
燃料電池スタック２１の出力端子には電力負荷としての駆動モータ２５とインバータ２４が電力ライン２８ａ，２８ｂを介して接続されている。駆動モータ２５は車両走行の推進力を得るための電動モータであり、例えば、三相同期モータから成る。インバータ２４は、例えば、６個のパワートランジスタで構成される３相ブリッジ回路を備えており、同トランジスタのスイッチング作用によって直流電力を交流電力（三相交流）に変換し、駆動モータ２５に供給している。パワートランジスタの制御は制御部３０によって行われ、インバータ２４からは制御部３０に対してスイッチング制御に必要な情報が送信されている。インバータ２４は、制御部３０からの要求指示に応答して、駆動モータ２５の出力トルク及び回転数を所望の値に調整するために必要な三相交流電流の振幅及び周波数を調整し、駆動モータ２５に供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、システムの運転状態に対応して燃料電池スタック２１の出力電圧を調整する電圧制御手段として機能する他、燃料電池スタック２１から出力される直流電圧をダウンコンバートして補機類電源用の二次電池２７を充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の電力変換制御は制御部３０によって制御されている。
【００１５】
制御部３０はマイクロコンピュータを中心としたコンピュータシステムとして構成されており、アクセルセンサ３２が検出したアクセル開度や車速センサ３３が検出した車速等に基づいてシステム全体の要求負荷を求め、燃料電池スタック２１の出力電力が目標電力に一致するように燃料ガス供給装置２２、酸化ガス供給装置２３、及びＤＣ／ＤＣコンバータ２６等を制御する。燃料電池スタック２１の水素配管回りや水素タンクには水素ガス漏れを検出するための水素センサ３４が設置されており、センサ信号を制御部３０に出力するように構成されている。制御部３０は水素センサ３４から出力されるセンサ信号を受信し、水素ガス漏れが生じていると判断すると、システム異常停止等の処理を実行する。制御部３０にはシステムを起動又は停止するための起動スイッチ３１が接続されており、ドライバ（運転手）による起動スイッチ３１の入力操作によってシステム起動又は停止が実行される。
【００１６】
図１はガス漏れ検出装置の電力系統を中心とするシステム構成を示している。図１に示した符号と同一符号の装置については同一の装置を示すものとする。ガス漏れ検出装置１０は、水素ガス漏れを検出するための水素センサ３４と、水素センサ３４による水素ガス漏れ検出を行う状態であるか否かを判定する判定手段１１と、判定手段１１によって水素ガス漏れ検出を行わない状態であると判定された場合に水素センサ３４への動作電力の供給が制限されるように制御する制御手段１２を備えて構成されている。二次電池２７から水素センサ３４に電源供給を行うための電力ライン１６には制御手段１２とリレー１５が接続されている。制御手段１２は電力ライン１６を開閉するリレー１４と、リレー１４の開時間（水素センサ３４への電源供給遮断時間）を設定するタイマー１３を備えて構成されている。リレー１５は起動スイッチ３１に接続しており、起動スイッチ３１のオン／オフに対応してリレー１５が開閉するように構成されている。
【００１７】
「水素ガス漏れ検出を行わない状態」として、ここでは「車速が所定速度以上の状態」と、「燃料電池スタック２１から高濃度の水素ガスが排気される状態」を例示するが、これに限られるものではなく、例えば、移動体の移動環境に応じて水素ガス漏れ検出を制限してもよい。例えば、車両が停止中であっても周囲の風が強い場合など水素ガス漏れ検出が困難と考えられる状態では水素ガス漏れ検出を制限してもよい。「車速が所定速度以上の状態」であるか否かは車速センサ３３が検出した車速を基に判定できる。もとより、アクセルセンサ３２が検出したアクセル開度や駆動モータ２５の回転数から車両の走行状態を求めて水素ガス漏れ検出を行うか否かを判定してもよい。所定速度としては、走行風の影響で有意義な水素ガス漏れ判定が行えなくなる車速に選定するのが好ましい。
【００１８】
「燃料電池スタック２１から高濃度の水素ガスが排気される状態」としては、例えば、カソード側にクロスリークした高濃度の水素オフガスがシステム起動時に十分に希釈されないまま燃料電池スタック２１から排気される場合や、アノード側に残留する高濃度の水素オフガスをシステム停止時に燃料電池スタック２１から排気する場合等が考えられる。判定手段１１はシステムの運転状態を監視することで、「燃料電池スタック２１から高濃度の水素ガスが排気される状態」であるか否かを判定する。
【００１９】
尚、判定手段１１は車両状態（車両の走行状態、燃料電池システムの運転状態など）が「水素ガス漏れ検出を行う状態」であるか否かを判定するための手段として機能すればよいため、どのようなハードウエア又はソフトウエアによってその機能が実現されるかは特に限定されるものではない。例えば、制御部３０が判定手段１１として機能するようにシステム設計を行ってもよい。また、「水素ガス漏れ検出を行わない状態」として、「車速が所定速度以上の状態」と「燃料電池スタック２１から高濃度の水素ガスが排気される状態」のうち何れか一方のみを用いてもよい。
【００２０】
次に、図３を参照してガス漏れ検出の制御ルーチンについて説明する。同図に示すように、起動スイッチ３１がＯＮになると（Ｓ１；ＹＥＳ）、リレー１５は閉じられ（Ｓ２）、判定手段１１は「水素ガス漏れ判定を行う状態」であるか否かを判定する（Ｓ３）。判定手段１１が「水素ガス漏れ検出を行う状態」であると判定すると（Ｓ３；ＹＥＳ）、制御手段１２はリレー１４を閉じる（Ｓ４）。これにより、電力ライン１６を通じて二次電池２７から水素センサ３４へ電源供給が開始され、水素ガスの検出が行われる（Ｓ５）。燃料電池車両が走行し始めると、車両の走行状態や燃料電池システム２０の運転状態は刻々と変化する。例えば、車速が所定速度以上になり、判定手段１１が「水素ガス漏れ検出を行わない状態」であると判定すると（Ｓ３；ＮＯ）、制御手段１２はリレー１４を開き（Ｓ６）、水素センサ３４への電源供給を遮断（又は一時的に休止）する。これにより、走行風の影響で水素ガス漏洩検出が不能となる状態での水素センサ３４への不要な電源供給を抑制できる。制御手段１２は水素センサ３４への電源供給を一旦遮断すると、その後に判定手段１１が「水素ガス漏れ検出を行う状態」と判定しても、タイマー１３で設定された遅延時間（電源供給遮断時間）が経過する迄の間、リレー１４を強制的に開いたままにする（Ｓ７；ＮＯ）。これにより、燃料電池車両が水素漏れ判定を行う基準となる所定の車速近傍で走行することによる水素センサ３４への動作電力の供給と遮断の繰り返しを防止できる。そして、タイマー１３に設定された遅延時間が経過した後に（Ｓ７；ＹＥＳ）、判定手段１１が「水素ガス漏れ検出を行う状態」と判定すると（Ｓ３；ＹＥＳ）、制御手段１２は再びリレー１４を閉じて（Ｓ４）、水素センサ３４への電源供給を再開し、水素検出を行う（Ｓ５）。
【００２１】
尚、制御手段１２としては、水素センサ３４への動作電力の供給を制限できるものであれば上述の構成に限られるものではなく、例えば、水素センサ３４を低消費電力モードで動作するように制御するものであってもよい。
【００２２】
本実施形態によれば、車速が所定の速度以上になった場合に水素センサ３４への電源供給を制限することにより、走行風の影響で水素ガス漏れ検出が困難又は不能な状態での水素センサ３４への無駄な電源供給を抑制できる。これにより、補機類の消費電力を低減して車両の航続距離を延ばすことができる。また、燃料電池スタック２１から高濃度水素ガスが排気されるときに水素ガス漏れ検出を行わないように設定することで、水素ガス漏れ検出の閾値濃度を低く設定することができ、水素ガス漏れ検出精度を高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態のガス漏れ検出装置の構成図である。
【図２】本実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図３】ガス漏れ検出の制御ルーチンである。
【符号の説明】
【００２４】
１０…ガス漏れ検出装置  １１…判定手段  １２…制御手段  １３…タイマー  １４…リレー  １５…リレー  １６…電力ライン  ２０…燃料電池システム  ２１…燃料電池スタック  ２２…燃料ガス供給装置  ２３…酸化ガス供給装置  ２４…インバータ  ２５…モータ  ２６…ＤＣ／ＤＣコンバータ  ２７…二次電池  ３０…制御部  ３１…起動スイッチ  ３２…アクセルセンサ  ３…３車速センサ  ３４…水素センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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